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Desenvolvimento e Caracterização de um Sistema Eólico de Bombeio de Água

 

O presente trabalho foi realizado nos laboratórios profissionalizantes do Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências (ISPTEC). Foi desenvolvido um protótipo de turbina eólica, para bombear água, em especial em zonas rurais. Foi desenhado e construído um túnel de vento e uma bomba de água alternativa, do tipo pistão, ligada à turbina. A partir desta instalação foram realizados ensaios experimentais das velocidades de rotação, potência da turbina eólica e capacidade de bombear água, para diferentes números de pás, com três ângulos de ataque diferentes e modificando a velocidade do vento.

A importância do trabalho assenta nas potencialidades desta tecnologia, que funciona com baixas velocidades do vento (2.3 m/s no mínimo), e que pode ajudar a resolver as necessidades de fornecimento de água para consumo humano, animal e agricultura. Trata-se de uma tecnologia já estabelecida a nível mundial, em constante desenvolvimento e optimização, que pode substituir o uso de combustíveis fosseis, sendo ela renovável e de custos acessíveis, permitindo diminuir os preços da sua comercialização de forma progressiva. Embora exista uma grande variedade de modelos de turbinas eólicas, o trabalho desenvolvido teve por base um modelo acessível para as condições de Angola. Pretende-se desta forma contribuir para a resolução dos problemas associados ao meio ambiente, sociais e económicos, bem como contribuir para a desmistificação desta tecnologia e a sua divulgação em Angola.

A energia eólica em conjunto com as demais energias renováveis são além da solução global a longo prazo das necessidades energéticas e da conservação do meio ambiente, uma contribuição significativa para:

  1. Solução das necessidades energéticas das populações rurais, de maneira sustentável;
  2. Fixar as populações nos seus lugares de origem e consequentemente diminuir a imigração do campo para as cidades;
  3. Diminuir a diferença de desenvolvimento entre as cidades e as áreas rurais;
  4. Diminuir a pobreza absoluta e melhorar a qualidade de vida das populações, em especial em áreas rurais.

Esta tecnologia, nas suas múltiplas versões, teve um desenvolvimento acelerado no final do século XIX e princípios do século XX, nos Estados Unidos da América (EUA), sendo uma tecnologia que em muito ajudou no desenvolvimento do oeste norte-americano. A popularização do petróleo e a electrificação de áreas rurais estagnou o desenvolvimento da tecnologia nos EUA, sendo no entanto ainda muito popular em áreas rurais das Américas. A consciência sobre o esgotamento dos combustíveis fosseis, junto à necessidade de diminuição da contaminação ambiental e do desenvolvimento sustentável levaram ao retomar do desenvolvimento destas tecnologias, com novos modelos e patentes.    

 Assim, os objectivos do trabalho foram os seguintes:

  1. Demonstrar a potencialidade de utilização da energia eólica para bombeio de água em Angola;
  2. Desenvolver um modelo de turbina eólica própria para o bombeio de água que se ajuste as condições de Angola;
  3. Caracterizar o modelo desde o ponto de vista da velocidade mínima de arranque, torque de arranque, velocidade específica e eficiência.

Durante o processo de investigação foram modificadas as variáveis seguintes: Número de pás (3, 6, 12 e 24), o Ângulo de ataque (30º, 45º e 60º), a velocidade do vento (0 – 7 m/s). As variáveis dependentes controladas foram: Velocidade do vento mínima de arranque, o torque ao freio, a velocidade de rotação da turbina e a velocidade específica e a capacidade de bombeio de água por meio de uma bomba de pistão.

Foram feitos testes com a turbina livre de carga e com a turbina ligada ao sistema de bombeio. Os resultados coincidem com as hipóteses prévias onde se supõe que os resultados mais convenientes para as condições de baixas velocidades do vento de Angola são o maior número de pás possíveis, altos ângulos de ataques. Dos ângulos analisados, 60º foi o ângulo que levou aos melhores resultados. Quando falamos de bons resultados nos referimos a baixas velocidades de arranque, maiores velocidades específicas (velocidade tangencial da ponta das pás / velocidade do vento) e maiores torques de arranque.

Com a realização deste trabalho chegou-se às seguintes conclusões:

  1. É possível desenvolver a tecnologia de bombeamento eólico em Angola;
  2. Com um maior número de pás, o arranque ocorre a menor velocidade;
  3. O ângulo de ataque de 60º foi o que levou aos melhores resultados, isso se explica porque em este tipo de turbina a força motriz determinante e a força de arrastro.
  4. A bomba de pistão manteve uma eficiência bastante estável em toda a faixa de testes, o que é próprio deste tipo de bomba;
  5. Deve-se aperfeiçoar a transmissão de força da turbina à bomba.

Contudo, recomendamos que se continue a aprofundar o estudo da tecnologia e a trabalhar em projectos reais a serem aplicados em áreas rurais de Angola.

 

Autores

Eduardo Rivero San Martin1 e Jorge França2

1- Ph.D. Energia Renováveis (BIU)

Linha de investigação: Tecnologias para energias renováveis.

Instituto Superior Politécnico de Tecnologia e Ciências (ISPTEC)

E-mail: Este endereço de email está protegido contra piratas. Necessita ativar o JavaScript para o visualizar.

Telemóvel: 948562721

 

* Este trabalho foi apresentado na 5ª Conferência Nacional sobre Ciência e Tecnologia, realizada em Luanda entre 26 e 28 de Abril de 2017.

 

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